專利名稱：一步還原制備納米四氧化三鐵粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種磁性納米氧化物粉末的制備，特別是涉及一種一步還原制備納米四氧化三鐵粉末的方法。
背景技術(shù)：
納米!^e3O4粉末是一種重要的磁性功能材料，因其具有飽和磁化強(qiáng)度高、磁導(dǎo)率高、性質(zhì)穩(wěn)定、生物相容性好、無(wú)毒性、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于磁記錄材料、電訊器材、磁性磨料等領(lǐng)域。特別是其在生物醫(yī)學(xué)方面有一些新的應(yīng)用，如靶向藥物載體、生物分離、磁共振成像、免疫檢測(cè)以及固定化酶等。目前制備納米四氧化三鐵粉末的方法主要有共沉淀法、水熱法、微乳液法、高能球磨法等。共沉淀法制備的納米!^e3O4粉末由于顆粒表面容易吸附陰離子而帶有電荷，導(dǎo)致硬團(tuán)聚而不易分散，而且清洗過(guò)濾困難。微乳液法制備的納米粒子粒徑小，分散性較好，但其中的表面活性劑等油類需用有機(jī)溶劑反復(fù)清洗而且不易清除。水熱法可以控制納米顆粒的粉末純度，但由于反應(yīng)要在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行，對(duì)設(shè)備要求較高，導(dǎo)致成本偏高。高能球磨法制備納米材料重現(xiàn)性好、操作簡(jiǎn)單，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，且由于強(qiáng)烈的塑性變形，會(huì)造成制備的I^e3O4粉末晶粒有較大的晶格畸變。中國(guó)專利申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)CN101381110A)提出了一種碳熱還原法制備四氧化三鐵納米粉末的方法，該法利用糖類為碳源，通過(guò)碳熱還原制備四氧化三鐵納米粉末，具有成本低、產(chǎn)量大等特點(diǎn)。但該法是通過(guò)先制備!^e2O3粉末，再進(jìn)行碳熱還原的兩步法來(lái)制備!^e3O4 粉末，且碳源單一，陳化時(shí)間較長(zhǎng)，所以整體制備過(guò)程流程太長(zhǎng)，操作麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有制備技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種一步還原制備納米四氧化三鐵粉末的方法，該方法流程短、操作簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量大、安全可控，可以得到分散性好、磁性能優(yōu)良、粒徑在IOnm IOOnm的四氧化三鐵粉末。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案—步還原制備納米四氧化三鐵粉末的方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行1)向0. 5mol/L 10mol/L的硝酸鐵溶液中加入lmol/L 10mol/L的有機(jī)螯合劑溶液，在30°C 90°C的水浴或油浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌螴h 10h，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至3. 0 8. 0后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璩?IOh后轉(zhuǎn)入100°C 180°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠；2)將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)，放入熱處理爐中，通入保護(hù)氣氛，升溫至400°C 1000°C，保溫Ih 8h，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。上述有機(jī)螯合劑可以是有機(jī)羧酸，羧酸鹽，醇類，糖類，醛類，酚類，脂類，醚類，尿素中的任何一種或者兩種及兩種以上的混合物。上述保護(hù)氣氛可以是真空、氬氣、氮?dú)庵械娜魏我环N或者兩種混合使用。
本發(fā)明采用有機(jī)螯合劑作為凝膠劑和碳源，實(shí)現(xiàn)了一步還原制備納米四氧化三鐵粉末，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、實(shí)現(xiàn)納米四氧化三鐵粉末的一步還原，流程短，操作簡(jiǎn)單。2、采用的有機(jī)螯合劑來(lái)源廣泛，成本低，在制備的過(guò)程中，只要根據(jù)所選的不同螯合劑來(lái)確定其具體的濃度和用量，可以實(shí)現(xiàn)四氧化三鐵粉末的量產(chǎn)化。3、由XRD、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片和磁滯回線可看出，該方法制備的粉末為純相納米四氧化三鐵粉末，產(chǎn)品純度高，分散性好，磁性能優(yōu)良。


圖1是實(shí)施例1中所制備的Fi^3O4納米粉末的XRD圖譜；圖2 實(shí)施例1中所制備的Fi^3O4納米粉末的磁滯回線；圖3 實(shí)施例2中所制備的!^e3O4納米粉末的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片；圖4 實(shí)施例2中所制備的Fi^3O4納米粉末的磁滯回線。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 向0. 5mol/L的硝酸鐵溶液中加入2mol/L的醋酸溶液，在30°C的水浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌蟣h，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至8后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璩睾筠D(zhuǎn)入100°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)，放入熱處理爐中，抽真空，升溫至400°C，保溫2h，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對(duì)所得粉末進(jìn)行物相分析，衍射圖譜如圖1。表面本發(fā)明制備的樣品為純相的四氧化三鐵粉末。用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)制備的四氧化三鐵納米粉末進(jìn)行磁性表征，磁滯回線如圖2所示。實(shí)施例2 向lOmol/L的硝酸鐵溶液中加入5mol/L的蔗糖溶液，在90°C的油浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌?0h，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至3. 0后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢鐸Oh 后轉(zhuǎn)入180°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)， 放入熱處理爐中，通入氬氣，升溫至100(TC，保溫8h，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。制備的!^e3O4納米粉末的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片如圖3所示。用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)制備的四氧化三鐵納米粉末進(jìn)行磁性表征，磁滯回線如圖4所示。實(shí)施例3 向2mol/L的硝酸鐵溶液中加入6mol/L的苯酚溶液，在40°C的水浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌纤?，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至5后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢杷筠D(zhuǎn)入150°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)， 放入熱處理爐中，通入氮?dú)?，升溫?00°C，保溫4h，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。
用X射線衍射儀對(duì)所得粉末進(jìn)行物相分析，結(jié)果顯示為純的四氧化三鐵相。實(shí)施例4 向4mol/L的硝酸鐵溶液中加入8mol/L的尿素溶液，在50°C的油浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌纤?，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至7后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?h后轉(zhuǎn)入 120°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)，放入熱處理爐中，抽真空，升溫至60(TC，保溫6h，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對(duì)所得粉末進(jìn)行物相分析，結(jié)果顯示純的四氧化三鐵相。實(shí)施例5 向6mol/L的硝酸鐵溶液中加入9mol/L的乙醚溶液，在60°C的水浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌?h，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至6后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?h后轉(zhuǎn)入110°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)， 放入熱處理爐中，通入氮?dú)?，升溫?00°C，保溫5h，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對(duì)所得粉末進(jìn)行物相分析，結(jié)果顯示純的四氧化三鐵相。實(shí)施例6 向8mol/L的硝酸鐵溶液中加入lOmol/L的甲醛溶液，在70°C的油浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌?0h，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至8. 0后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢鑾缀筠D(zhuǎn)入130°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)， 放入熱處理爐中，通入氬氣，升溫至800°C，保溫lh，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對(duì)所得粉末進(jìn)行物相分析，結(jié)果顯示純的四氧化三鐵相。實(shí)施例7 向lmol/L的硝酸鐵溶液中加入lmol/L的乙酸乙酯溶液，在80°C的油浴環(huán)境下， 利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌献C，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至4后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?h 后轉(zhuǎn)入160°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)， 放入熱處理爐中，通入氬氣和氮?dú)?，升溫?00°C，保溫3h，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對(duì)所得粉末進(jìn)行物相分析，結(jié)果顯示純的四氧化三鐵相。實(shí)施例8:向5mol/L的硝酸鐵溶液中加入7mol/L的乙醇和檸檬酸混合溶液(其中檸檬酸為 2mol/L)，在60°C的水浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌蠋?，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至7. 5后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢枳C后轉(zhuǎn)入140°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)，放入熱處理爐中，抽真空，升溫至900°C，保溫lh，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對(duì)所得粉末進(jìn)行物相分析，結(jié)果顯示純的四氧化三鐵相。實(shí)施例9 向3mol/L的硝酸鐵溶液中加入4mol/L的丙烯酸溶液，在80°C的油浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌献C，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至7后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?h后轉(zhuǎn)入120°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)， 放入熱處理爐中，通入氬氣，升溫至600°C，保溫3h，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對(duì)所得粉末進(jìn)行物相分析，結(jié)果顯示純的四氧化三鐵相。實(shí)施例10 向lmol/L的硝酸鐵溶液中加入3mol/L的硬脂酸溶液，在50°C的水浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌?h，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至6后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢杷筠D(zhuǎn)入130°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)， 放入熱處理爐中，通入氮?dú)?，升溫?50°C，保溫5h，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對(duì)所得粉末進(jìn)行物相分析，結(jié)果顯示純的四氧化三鐵相。以上的實(shí)施例僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、替換以及添加，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一步還原制備納米四氧化三鐵粉末的方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行1)向0.5mol/L lOmol/L的硝酸鐵溶液中加入lmol/L lOmol/L的有機(jī)螯合劑溶液，在30°C 90°C的水浴或油浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌螴h 10h，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至3. 0 8. 0后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢铦?IOh后轉(zhuǎn)入100°C 180°C的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠；2)將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)，放入熱處理爐中，通入保護(hù)氣氛，升溫至 400°C 1000°C，保溫Ih 8h，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的一步還原制備納米四氧化三鐵粉末的方法，其特征在于，所述的有機(jī)螯合劑是選擇機(jī)羧酸、羧酸鹽、醇類、糖類、醛類、酚類、脂類、醚類、尿素其中的一種或者兩種以上的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的一步還原制備納米四氧化三鐵粉末的方法，其特征在于，所述的保護(hù)氣氛是真空、氬氣、氮?dú)馄渲械囊环N或者兩種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種一步還原制備納米四氧化三鐵粉末的方法，該方法是向硝酸鐵溶液中加入適量的有機(jī)螯合劑溶液，在30℃～90℃的水浴或油浴環(huán)境下，利用磁力攪拌充分?jǐn)嚢杌旌?～10h，然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至3.0～8.0后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?～10h后轉(zhuǎn)入100℃～180℃的干燥箱中蒸發(fā)，直至生成干凝膠。將干凝膠研磨成粉末狀，置于反應(yīng)容器內(nèi)，放入熱處理爐中，通入保護(hù)氣氛，升溫至400～1000℃，保溫1～8h，使其發(fā)生還原反應(yīng)，然后隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。本發(fā)明具有碳源有機(jī)螯合劑來(lái)源廣、成本低、流程短、產(chǎn)量大、產(chǎn)品重現(xiàn)性好、操作簡(jiǎn)單、安全可控等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01G49/08GK102557151SQ20111045281
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者張兵, 張鄭, 楊占林, 王快社, 王文, 胡平 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)